Cap 2.

Campo Magnético Crustal

Dr. Eric FONT

IDL-FCUL

Campo Magnético Total

Campo Magnético

Principal

Originado no núcleo

externo

Campo Magnético

Externo

Ionosfera e exterior da

Terra

Campo Magnético

Crustal

Litosfera

Campo Magnético Crustal

1. Principiais propriedades magnéticas

2. Comportamentos magnéticos

3. Domínios magnéticos

5. Magnetização das rochas

4. Óxidos de ferro e titânio

6. Anisotropia de Susceptibilidade Magnética (ASM)

7. Mineralogia magnética

1. Magnetismo de Rocha – Principiais propriedades magnéticas

Momento magnético

Magnetização

k: a suscetibilidade por unidade de volume (SI/cm3)

: a suscetibilidade por unidade de massa (SI/g).

Susceptibilidade

magnética

J = k.H

Principiais propriedades magnéticas - Unidades

Diamagnético Paramagnético Ferromagnético

1

2

3Jr

4

QuartzoSiO2

BiotiteK(Mg, Fe)3AlSi3O10(F, OH)2

MagnetiteFe3 O4

2. Comportamentos magnéticos

Ferromagnetismo

Tº Curie

Exchange coupling: - Principio de Pauli

- Paramagnéticos: sem overlap das órbitas e sem “exchange coupling”

- Ferromagnéticos: overlap orbitais e “exchangecoupling”

- TºCurie : interacção interatómicas fraca e sem “exchange coupling”

Para electrões de um mesmo átomo, o principio de Pauli implica que dois electrões não podem ter os mesmos quatro números quânticos. Por exemplo, se os números quânticos n, l, e ml são iguais nos dois electrões, estes deverão necessariamente ter os números ms diferentes, e portanto os dois electrões têm spins opostos.

Energia Magnetostática & factor auto-desmagnetizante

A distribuição das cargas magneticas cria um campo desmagnetizante interno:

A interacção deste campo com a magnetização do grão gera a energia magnetostática:

3. Domínios magnéticos

A região do espaço em qual todos os momentos magnéticos são orientados numa mesma direção é chamada de domínio de Weiss e os limites entre estes domínios são chamados de paredes de Bloch.

A dimensão dos domínios é da ordem de 0.1-0.05 m e a das paredes é de 0.1m.

4. Óxidos de ferro e titânio

Os minerais portadores da magnetização primária

Cadeia de magnetita biogênicas de um magnetosomeStolz et al. (1986). Nature, 321, 26.

Magnetita SD de bactérias magnetosomes, carbonatos de Mururoa

Aïssaouï et al. (1990). EPSL, 97, 102-112.

Magnetita detrítica com texturas

de oxidação de alta

temperatura, carbonatos

Mississipian, USA

McCabe et al. (1989). JGR, 94(8),

10.429-10.443.

Ti-magnetita detrítica da Fm.

Wabash (Indiana, USA)

Suk et al. (1992). Tectonophys., 215,

255-272.

Imagens SEM: óxidos de ferro “primários”

Os minerais portadores da magnetização secundária

Magnetita euhedral, carbonatos paleozóicos (Missouri, USA)Sun & Jackson (1994). JGR, 99(B2), 2935-2942.

Magnetita autigênica esférica Elmore & Leach (1990). Geology, 18, 124-127.

Óxido de ferro octohedral

autigênico, da Formação Pride

Mountain (Alabama, USA)

Suk et al. (1992). Tectonophys., 215,

255-272.

Magnetita autigênico

substituindo a pirita

framboidal

Fm. Onondaga (New

York, USA)

Suk et al. (1992). Nature,

345, 611-613.

Imagens SEM: óxidos de ferro “secundários”

Principais propriedades magnéticas dos ferromagnéticos

5. Magnetização das rochas

J = Ji + JrMagnetização total

Magnetização induzida

Magnetização

remanescente

(SD)

J = . H

Jr (t) = Jro exp(-t/)

Magnetização das rochas

Magnetizaçã

o

remanescen

te (SD)

Jr (t) = Jro exp(-t/)

= 1/C . exp [ vhcjs / 2kT ]• C : fator de freqüência = 10 8 s-1

• v : volume dos grãos SD• hc : coercividade dos grãos SD• js : magnetização de saturação• kT : energia térmica

Superparamagnetismo: a magnetização de uma partícula muito pequena (nanopartículas) pode “virar” com a influencia da temperatura. O tempo entre as duas direcções é chamada de tempo de relaxação de Néel.

Na ausência de um campo externo, quando o tempo de medida é muito mas comprido que o tempo de relaxação, a magnetização se aproxima de 0 SP

Neste estado, um campo externo é capaz de magnetizar as nanopartículas como se fossem paramagnéticos. Porem, a susceptibilidade magnética dos SP é muito mais alto que os paramagnéticos.

Tipos de magnetização das rochas

Magnetização Remanescente

Térmica

(TRM)

Magnetização Remanescente

Detrítica

(DRM)

Magnetização Remanescente

Viscosa

(VRM)

Magnetização Remanescente

Química

(CRM)

Primárias

Razão de

Koenigsberger:

induzida

teremanescen

M

MQ

TRMD(°)

I(°)

tan I = 2 tan

Princípios:

- Estudo da anisotropia magnética dos minerais (para- e ferromagnéticos):

Rochas nas quais a intensidade de magnetização depende da direção do campo aplicado são magneticamente anisotrópicas (a direção de magnetização pode ser desviada daquela do campo magnetizante).

Aplicações:

- Determinação de paleocorrentes (sedimentos) e

fluxos (magmas)

- Mecanismos pós-deposicionais: migração de

fluidos, compactação (diagenesis)

-Tectónica: intrusão, deformação, metamorfismo

- Petrofísica: porosidade e permeabilidadeProlate

Oblate

Triaxial

6. Anisotropia de Susceptibilidade Magnética (ASM)

Grau de Anisotropia :

Anisotropia de Susceptibilidade Magnética (ASM)

3321 KKK

Kmean

3

1

K

KP (Nagata, 1961)

(Owens, 1974)meanK

KKH 31

(Owens, 1974) 23

22

212exp mmmJP (Jelinek, 1981)

3

ln

321

m

ii K

Parâmetro de forma:

Lineação:

Foliação:

Anisotropia de Susceptibilidade Magnética (ASM)

2

1

K

KL (Balsey & Buddington,

1960)

(Stacey et al., 1962)

meanK

KKL 21

(Khan, 1962)

3

2

K

KF

meanK

KKF 32

Lineação normalizada:

Foliação normalizada:

1

)/ln(

/ln2

31

32

KK

KKT

(Jelinek, 1981)

Parâmetro de forma:

Lineação:

Foliação:

Anisotropia de Susceptibilidade Magnética (ASM)

2

1

K

KL (Balsey & Buddington,

1960)

(Stacey et al., 1962)

meanK

KKL 21

(Khan, 1962)

3

2

K

KF

meanK

KKF 32

Lineação normalizada:

Foliação normalizada:

1

)/ln(

/ln2

31

32

KK

KKT

(Jelinek, 1981)

Prolate

Oblate

Triaxial

Anisotropia de Susceptibilidade Magnética (ASM)

ASM em rochas vulcânicas

Província Magmática do Cabo

Recife, Brasil

(Font et al., 2009)

ASM em sedimentos

Estuário da Boca do Rio, Algarve

(Font et al., in review)

7. Mineralogia magnética

Caracterizar os portadores magnéticos:

- Natureza (óxidos ou sulfitos de ferro)

- Tamanho (SD, MD ou SP)

- Origem (primaria ou secundaria)

Usando as propriedades magnéticas:

- Susceptibilidade magnética (k)

- Temperatura de Curie (TºC)

- Coercividade (Hc)

- SIRM (IRM a saturação)

- ARM (Anhysteretic Remanent Magnetization)

T° ambiente

Mineralogia magnética

Peters & Thompson (1998).

IRM (Isothermal Remanent Magnetization)

C0ncentração dos ferromagnéticos

Natureza (magnetite ou hematite por exemplo) a

partir da coercividade (Hc~B1/2)

IRM (Isothermal Remanent Magnetization)

Terceiro parâmetros: DP

Permite caracterizar os minerais de alta coercividade mesmo sem atingir a saturação

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Robertson & France (1994). Phys. Earth Planet. Int., 82, 223-234.

Stockhausen (1998). Geophys. Res. Lett., 25, 2217-2220.

Kruiver et al. (2003). Geophys. J. Int., 153, 317-332.

IRM (Isothermal Remanent Magnetization)

Teste de Cisowski (1981)

IRM (Isothermal Remanent Magnetization)

ARM (Anhysteretic Remanent Magnetization)

IRM = Magnetização de campo forte

ARM = Magnetização de campo fraco SD

Teste modificado de Lowrie-Fuller (1971)

Curvas termomagnéticas

Tº Verwey

Tº Curie magnetite~580 ºC

Tº maghemite destruction~350 ºC

Hematite??